高強鋼筋高性能自密實混凝土橋墩抗震性能研究

伴隨當(dāng)今建筑材料發(fā)展及我國鋼鐵產(chǎn)業(yè)調(diào)整，推進高強鋼筋高性能混凝土于橋梁中應(yīng)用是必然趨勢。然而目前缺乏對配置HRB400MPa及以上等級高強鋼筋高性能混凝土橋墩抗震性能及在強震區(qū)橋梁上應(yīng)用等研究，本項目針對采用高強鋼筋、高性能混凝土（包括自密實混凝土）的混凝土橋墩開展研究，主要研究內(nèi)容有：①高強鋼筋、高性能自密實混凝土粘結(jié)錨固性能試驗研究；②針對不同構(gòu)造形式的高強鋼筋高性能混凝土（包括自密實混凝土）單柱墩及框架墩的擬靜力試驗，以及受水平雙向往復(fù)荷載作用的單柱墩擬靜力試驗；③高強鋼筋高性能混凝土單跨橋梁的振動臺試驗；④基于粘結(jié)錨固試驗及擬靜力試驗，建立考慮鋼筋與混凝土粘結(jié)滑移的數(shù)值分析模型，研究高強鋼筋高性能自密實混凝土橋墩的抗震性能。主要成果有：①由高強鋼筋和自密實混凝土的粘結(jié)錨固試驗表明，鋼筋與自密實混凝土的粘結(jié)性能受錨固長度、保護層厚度及配箍率等影響，且往復(fù)拉壓加載會降低鋼筋的極限錨固強度；②由高強鋼筋自密實混凝土單柱墩的擬靜力試驗表明，未經(jīng)振搗的自密實混凝土單柱墩的抗震性能弱于普通振搗混凝土橋墩，建議混凝土施工中采用微振搗措施，以高強鋼筋減少縱筋配筋率的橋墩也具有較好的延性和耗能能力。水平雙向加載對單柱墩的初始剛度影響不大，卻使結(jié)構(gòu)最大承載力下降約30%。采用高強鋼筋混凝土的預(yù)制拼裝橋墩抗震性能不同于整體現(xiàn)澆橋墩；③高強鋼筋高性能混凝土單跨橋梁的振動臺試驗表明，單柱墩發(fā)生彎曲破壞且具有較好的延性，但滯回曲線與擬靜力試驗相比偏瘦扁；④基于OpenSees的纖維單元理論，采用墩底附加零長度截面單元來考慮鋼筋滑移而建立的數(shù)值分析模型可以反映試驗試件的剛度退化、強度退化等行為，分析表明，混凝土和鋼筋滑移的本構(gòu)參數(shù)對橋墩的抗震性能有一定影響。通過本項目的試驗和數(shù)值分析研究，初步掌握了高強鋼筋高性能混凝土（包括自密實混凝土）橋墩的抗震性能及影響因素，為該類型橋墩在我國高地震危險地區(qū)的應(yīng)用提供了一定的技術(shù)積累。 2100433B

從國家戰(zhàn)略發(fā)展角度以及橋墩建造出發(fā)，在橋墩中采用高強鋼筋并配合新型高強、高性能自密實混凝土的使用是將來發(fā)展的必然趨勢，可減少鋼筋用量、改善鋼筋布置的密集程度，增強混凝土的可澆筑性，從而降低勞動力成本、提高混凝土澆筑質(zhì)量，實現(xiàn)便利的綠色施工。隨著高強鋼筋高性能自密實混凝土橋墩在高地震危險區(qū)域的應(yīng)用，抗震性能如何成為阻礙這類橋墩應(yīng)用的一個迫切需要解決的研究課題。本項目擬開展：1）橋墩的擬靜力和振動臺試驗，研究單柱和框架墩、實心截面墩和空心截面墩、塑性鉸區(qū)傳統(tǒng)配箍形式和復(fù)合配箍形式等不同構(gòu)造方式下該類橋墩的滯回特性、延性變形、耗能特性和破壞模式等；2）建立正確的考慮鋼筋與混凝土粘結(jié)滑移的橋墩抗震性能理論數(shù)值分析模型和計算方法，并開展高強鋼筋高性能自密實混凝土橋墩影響因素的數(shù)值分析研究。為其在高地震危險區(qū)域的工程應(yīng)用提供可靠的技術(shù)支持、理論基礎(chǔ)和試驗研究資料。

內(nèi)設(shè)加勁肋的冷彎中厚壁矩形鋼管自密實混凝土橋墩，是一種新型組合結(jié)構(gòu)，具有承載力高、抗震性能好、加工簡單、施工快捷等優(yōu)點；合理設(shè)計組合柱內(nèi)部加勁肋能達到優(yōu)化設(shè)計塑性鉸區(qū)域的目的。本項目采用理論分析、數(shù)值模擬和試驗研究相結(jié)合的方法：研究冷彎中厚壁矩形鋼管自密實混凝土柱強度計算方法，結(jié)合工程實例開展橋墩模型擬靜力試驗；揭示新型組合橋墩的抗震破壞機理，并運用基于位移的適應(yīng)譜Pushover方法，分析加勁肋設(shè)置方式、截面形狀系數(shù)、長細比以及混凝土強度等級等因素，對新型組合墩柱振型、頻率、承載能力、變形能力、耗能能力、剛度、破壞形態(tài)、塑性鉸區(qū)域優(yōu)化設(shè)計等的影響；探討實用的基于位移的新型組合橋墩抗震設(shè)計與分析方法。項目研究成果有利于推動冷彎中厚壁型鋼結(jié)構(gòu)及其鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的理論發(fā)展，有利于推廣此類新型組合墩柱在高架橋、互通式立交橋、高速公路橋以及人行橋等工程中的應(yīng)用，具有重要的理論價值和現(xiàn)實意義。

自密實混凝土由于其優(yōu)良的工作性和受力性能在土木工程中具有廣闊的應(yīng)用前景，為確保工程質(zhì)量迫切需要對其徐變性能進行深入研究。本項目針對自密實混凝土的原材料特征，以水膠比、粉煤灰單摻、粉煤灰與磨細礦渣復(fù)摻、砂率、骨料類型以及混凝土強度等作為主要影響因素，對自密實混凝土受壓徐變進行深入系統(tǒng)試驗研究，揭示各因素對自密實混凝土基本徐變與干燥徐變的影響規(guī)律，提出了適合于自密實混凝土的受壓徐變預(yù)測計算模型，同時提出減小自密實混凝土徐變的優(yōu)化配合比設(shè)計方法。本項目還進行自密實混凝土梁彎曲徐變試驗，研究自密實混凝土梁的荷載撓度時變曲線及其受各因素的影響規(guī)律，同時通過跨中梁底和梁頂?shù)膽?yīng)變分析揭示自密實混凝土拉、壓徐變度發(fā)展的對比關(guān)系，提出自密實混凝土受拉徐變度的計算方法。最后基于徐變試驗結(jié)果及機理分析，考慮自密實混凝土材料特征，在固化徐變理論基礎(chǔ)上推導(dǎo)可用于數(shù)值分析的自密實混凝土徐變的理論計算方法。 2100433B

自密實混凝土由于其優(yōu)良的工作性和受力性能在土木工程中具有廣闊的應(yīng)用前景，為確保工程質(zhì)量迫切需要對其徐變性能進行深入研究。本項目針對自密實混凝土的原材料特征，以水膠比、粉煤灰單摻、粉煤灰與磨細礦渣復(fù)摻、砂率、骨料類型以及混凝土強度等作為主要影響因素，對自密實混凝土受壓徐變進行深入系統(tǒng)試驗研究，揭示各因素對自密實混凝土基本徐變與干燥徐變的影響規(guī)律，提出適合于自密實混凝土的受壓徐變預(yù)測計算模型，同時提出減小自密實混凝土徐變的優(yōu)化配合比設(shè)計方法。本項目還進行自密實混凝土梁彎曲徐變試驗，研究自密實混凝土梁的荷載撓度時變曲線及其受各因素的影響規(guī)律，同時通過跨中梁底和梁頂?shù)膽?yīng)變分析揭示自密實混凝土拉、壓徐變度發(fā)展的對比關(guān)系，提出自密實混凝土受拉徐變度的計算方法。最后基于徐變試驗結(jié)果及機理分析，考慮自密實混凝土材料特征，在固化徐變理論基礎(chǔ)上推導(dǎo)可用于數(shù)值分析的自密實混凝土徐變的理論計算方法。